Ультрабыстрый ПЦР на чипе может ускорить диагностику во время пандемий
Обратная транскрипция-полимеразная цепная реакция (ОТ-ПЦР) была золотым стандартом диагностики во время пандемии COVID-19. Однако этап ПЦР требует громоздкого, дорогого оборудования и занимает около часа, что затрудняет быструю диагностику на месте. Теперь исследователи, сообщающие в ACS Nano, разработали плазмофлюидный чип, способный выполнять ПЦР всего за восемь минут, что может ускорить диагностику во время текущих и будущих пандемий.
Быстрая диагностика COVID-19 и других высококонтагиозных вирусных заболеваний важна для своевременного лечения, карантина и отслеживания контактов. В настоящее время ОТ-ПЦР — самый чувствительный и надежный метод. Но поскольку этап ПЦР требует 30–40 циклов нагрева и охлаждения в специальных приборах, он занимает около часа, а образцы обычно отправляют в лабораторию, из-за чего пациент ждет диагноз день или два. Ки-Хун Чон и коллеги хотели создать плазмофлюидный ПЦР-чип, способный быстро нагревать и охлаждать микроколичества жидкостей для точной диагностики у постели больного за долю времени.
Исследователи создали чип из полидиметилсилоксана размером с почтовую марку с микрокамерным массивом для ПЦР. Когда капля образца попадает на чип, вакуум втягивает жидкость в микрокамеры, расположенные над стеклянными наностолбиками с золотыми наноостровками. Микропузырьки, мешающие реакции, диффундируют через воздухопроницаемую стенку. При включении белого светодиода под чипом золотые наноостровки быстро преобразуют свет в тепло и так же быстро остывают при выключении.
Устройство протестировали на фрагменте ДНК, содержащем ген SARS-CoV-2. Было выполнено 40 циклов нагрева/охлаждения и флуоресцентная детекция всего за 5 минут, плюс 3 минуты на внесение образца. Эффективность амплификации составила 91% против 98% у стандартного ПЦР. С добавлением этапа обратной транскрипции перед внесением образца общее время тестирования новым методом может составить 10–13 минут против примерно часа для стандартной ОТ-ПЦР. Это устройство может обеспечить возможности для быстрой диагностики у постели больного во время пандемии.